Первая медицинская помощь при ишемическом поражении мозга

Остановка сердца приводит к ишемическому аноксическому поражению мозга, которое характеризуется тремя фазами:

Остановка сердца влечет за собой стремительное снижение содержания кислорода в мозге, которое в пределах 30 с приближается к нулевой отметке. Мозг располагает весьма ограниченными запасами глюкозы или гликогена- следовательно, падение уровня кислорода немедленно приводит к резкому снижению тканевого содержания аденозинтрифосфата (АТФ), которое становится практически нулевым в первые же 4 мин. При этом происходит распад АТФ до аденина, а затем до гипоксантина.

Около 80 % мозгового АТФ используется для поддержания ионных градиентов на поверхностях клеточной мембраны для калия, натрия и кальция. Эти ионные градиенты также быстро снижаются при полной ишемической аноксии, так что выравнивание концентрации названных ионов между интерстициальной и цитозольной жидкостями происходит в пределах 5—10 мин после возникновения инсульта.

Накопление кальция в цитозоле клеток (клеточная цитоплазма без митохондрий и эндоплазматического ретикулума. — Ред.), как теперь признается многими, является основным событием, обусловливающим смерть клеток. При ишемии высокое содержание кальция в цитозоле вызывает активизацию мембранной фосфолипазы и высвобождение свободных жирных клеток (СЖК), особенно арахидоновой.

Несмотря на то что при ишемии высвобождается большое количество СЖК, функциональное мембранное повреждение, немедленно приводящее к дальнейшим массивным ионным сдвигам во время ранней реперфузии, возникает лишь через 1—3 ч полной ишемии.

Клеточная перегрузка кальцием, кроме того, вызывает в эндотелиальных клетках мозга превращение ксантиндегидрогеназы в ксантиноксидазу. Ксантиноксидаза реагирует с гипоксантином с образованием супероксида — свободнорадикального продукта редукции кислорода с одним электроном.

При ишемии мозга происходит также "развертывание" молекул некоторых ДНК с образованием однотяжевых мест и однотяжевых "брешей", что, вероятно, обусловлено активизацией кальция эндонуклеазой. И хотя однотяжевые "бреши" могут быть восстановлены под воздействием ДНК-лигазных ферментов, использующих неповрежденные тяжевые структуры в качестве шаблона, кислородные радикалы способны вызвать уже летальные двутяжевые бреши в молекуле ДНК в фазу начальной реперфузии.

Повреждение митохондрий при ишемии мозга бывает весьма умеренным. Однако в первые 15 мин ишемии отмечается 50 % потеря активности митохондриальной супероксиддисмутазы. Значительное снижение активности этого фермента при ишемии также может способствовать повреждению кислородными радикалами клеток мозга во время реперфузии.

При полной ишемии наблюдаются ультраструктурные повреждения клеток мозга. К 10—15-й минуте полной ишемии отмечаются маргинация (краевое стояние. — Ред.) и агрегация ядерного хроматина. Митохондрии выглядят несколько разбухшими, однако в их структуре не происходит больших дегенеративных изменений даже в течение получаса полной ишемии. Аналогично этому при ишемии может наблюдаться некоторое набухание эндоплазматического ретикулума (ЭР), однако полирибосомы остаются нормально связанными с ЭР, поэтому не происходит их дезагрегации во время полной ишемии. Ядерные и плазменные мембраны сохраняют нормальную и четко определяемую двухслойную структуру без признаков нарушения целостности или общей структурной дезинтеграции.

Таким образом, изменения, отмечаемые к концу 15—30-й минуты полной ишемической аноксии, включают следующее:

В фазу начальной реперфузии содержание АТФ и продукция общего аденилата быстро восстанавливаются. Если ишемический инсульт длился более 20 мин, то мембранные ионные градиенты также быстро восстанавливаются. После гораздо более продолжительных инсультов (от 1 до 3 ч) общее содержание кальция в тканях мозга действительно возрастает во время реперфузии. Как полагают, это отражает интенсивное и необратимое повреждение клеточных мембран во время затянувшегося периода ишемии.

В начале восстановления нормального или несколько повышенного артериального давления возникает глобальная гиперперфузия. Однако не позднее чем через час глобальная перфузия мозга снижается до уровня 20—40 % от нормы и остается таковой в течение 1—2 дней. Данный феномен обычно тормозится постреанимационным лечением антагонистами кальция, такими как флюнаризин и нимодипин.

В настоящее время представляется вполне очевидным, что содержание кальция в микроваскулярном русле является конечным медиатором церебрального сосудистого сопротивления. Однако мы не считаем, что во время реперфузии имеет место первичная недостаточность кальциевого гомеостаза. Скорее микроваскулярная сопротивляемость и микроваскулярная кровоточивость являются ответной реакцией на постишемический тканевый метаболизм. В 1940-х годах было отмечено, что микроваскулярные геморрагии, возникающие только во время реперфузии, зависят от содержания кислорода в реперфузируемой крови.

Арахидоновая кислота быстро метаболизируется путем окислительных реакций под воздействием как циклооксигеназы, так и липоксигеназы, что возвращает СЖК к преишемическому уровню в течение 30 мин реперфузии. Простагландины являются продуктом активности циклооксигеназы, а лейкотриены — продуктом липоксигеназы. В начальную фазу реперфузии продукция вазодилататорного простагландина — простациклина — резко заторможена.

Таким образом, вазоспастические компоненты преобладают в производных лейкотриенов и простагландинов. В то время как уровень свободной арахидоновой кислоты при реперфузии быстро возвращается к изолинии, содержание лейкотриенов остается значительно повышенным по крайней мере в течение суток.

В первые 2 ч реперфузии после 15-минутной остановки сердца происходит массивное перемещение железа из нормальных высокомолекулярных соединений в соединения с молекулярной массой менее 30 000 дальтон. Этот двухвалентный катион легко катализирует неферментативные окислительно-восстановительные реакции. Железо быстро вытесняется при восстановлении из ферритина большим количеством различных радикалов.

Классическим субстратом для ксантиноксидазы является гипоксантин, который накапливается в процессе деградации аденина в фазу ишемии. О2 является побочным продуктом ксантиноксидазы и метаболизма простагландинов- оба соединения четко активны во время ранней перфузии. Более того, активность митохондриальной супероксиддисмутазы в мозге снижается примерно на 50 % от нормы в течение 15 мин полной ишемической аноксии. Таким образом, реакции, продуцирующие О2, имеют достаточное количество субстрата, а активность митохондриальной дисмутазы в значительной мере тормозится в начале реперфузии. Феномен перемещения железа можно рассматривать как продукт реакции, который служит маркером избыточной концентрации О2 в тканях.

Легкая доступность транзиторного металла, такого как железо, требуется для большинства патохимических реакций с кислородным радикалом, при которых специфически включаются перекисное окисление липидов и повреждение ДНК. В настоящее время полагают, что основным токсическим действием супероксида является восстановление ионов железа, находящегося вне депо, в ферритине.

Растворимый Fe2+ затем может выпадать в осадок в реакциях Фентона с образованием гидроксильного радикала (ОН*) или реактивных комплексов железо — кислород, часто называемых разновидностью перферрила. Оба соединения могут инициировать перекисное окисление липидов в системах биологических мембран. ОН* является сильноокисляющим химическим агентом, способным прямо атаковать ДНК и РНК.

Наличие перекисного окисления липидов может определяться по образованию малондиальдегида, липидконъюгированного диена или по потере ненасыщенных жирных кислот в биохимической системе. В лабораторных исследованиях с моделированием остановки сердца на 10—15 мин отмечается повышение содержания малондиальдегида и конъюгированных диенов примерно на 50 % после 2-часовой реперфузии и в 2—3 раза — после 4-часовой реперфузии.

Однако в это время содержание ионов в тканях мозга представляется нормальным, а потери ненасыщенных жирных кислот пока не выявлены достоверно. Соединение, хелируюшее железо, — дефероксамин — при его введении сразу же после реанимации нормализует тканевую концентрацию малондиальдегида и конъюгированных диенов по истечении 2 ч реперфузии.

При 10-минутной остановке сердца у крыс лечение дефероксамином приводит к поразительному (100 %) повышению выживаемости в течение 10 дней без неврологических последствий. При моделировании 15-минутной остановки сердца у собак нам не удалось продемонстрировать значительный эффект лечения дефероксамином и антагонистом кальция лидофлазином в отношении неврологического дефицита и гистологических признаков клеточной смерти. Однако было отмечено значительное уменьшение количества тканевых микрогеморрагий.

Во время постишемической реперфузии восстановление синтеза нового протеина происходит лишь местами, а в чувствительных областях оно очень незначительно. Чувствительными в этом отношении областями и участками являются:

Во время реперфузии полирибосомы в указанных местах подвергаются быстрой дезагрегации. Кроме того, эти участки обладают наиболее высокой внутренней проводимостью кальция. Располагающиеся там нейроны содержат недостаточное количество глутатион-пероксидазы, которая в норме концентрируется в ядрышках. Помимо супероксидной дисмутазы, защитную функцию при повреждении кислородными радикалами выполняют каталаза и глутатион-пероксидаза. Каталаза превращает Н2О2 в воду, так что Н2О2 становится неспособной к образованию ОН* при реакции Фентона. Подобным образом глутатион-пероксидаза превращает Н2О2 и липидные гидропероксиды в алкоголи.

Как правило, ткань мозга содержит очень мало каталазы. В пользу гипотезы о возникновении летального повреждения ДНК свидетельствуют такие факты, как доказанное путем точных измерений продуктов липидного перекисного окисления наличие реакций со свободными радикалами кислорода во время реперфузии в совокупности с недостаточностью синтеза новых протеинов и потерей защитных ферментов в нуклеолах на чувствительных участках.

Эта точка зрения поддерживается определением ультраструктурных признаков распространенной агрегации хроматина и дегенерации ядер на особо уязвимых участках в первые 8 ч реперфузии, следующей за 15-минутной остановкой сердца. Реакции перекисного окисления липидов могут продолжаться несколько дней до полного своего завершения. Реакции же между нуклеиновыми кислотами и ОН* заканчиваются через 15—20 мин.

Имеются доказательства в пользу того, что Fe3+ в норме тесно связан с ДНК.

Высоколокальный характер таких реакций делает их весьма резистентными к стандартным устранителям радикалов, таким как маннитол, тиомочевина и витамин Е in vitro. В фазу ранней реперфузии эти реакции превращают восстановимые и однотяжевые поломки, накапливающиеся во время ишемии, в летальные поломки двутяжевой ДНК. Наличие одной или двух поломок двутяжевой ДНК в одной клетке является летальным (по данным экспериментов с тканевыми культурами).

Хотя дефероксамин проходит через гематоэнцефалический барьер, он является относительно гидрофильным пептидом и не может достаточно быстро преодолеть этот барьер, чтобы эффективно остановить быстро протекающие реакции между кислородными радикалами и нуклеиновыми кислотами. К счастью, имеются и другие хелаторы железа с такими же аффинитетом и специфичностью, какими обладает дефероксамин, но сильно гидрофобные- они могут оказаться терапевтически полезными в данной ситуации. Изучение подобных соединений, безусловно, необходимо при проведении дальнейших фармакологических исследований в области реаниматологии.

В настоящее время проводятся исследования, направленные на определение количества повреждений в тяжах ДНК, их фрагментов и межтяжевых ковалентных связей, возникающих при ишемии и реперфузии. Эти повреждения требуют иных определенных показателей восстановления нейронов (АТФ, мембранно-ионные градиенты, мозговой кровоток и др.). Двутяжевая поломка ДНК является смертельной, хотя после ее возникновения клетка еще может жить некоторое время.

Подобная ситуация легко оценивается по лабораторным данным при биохимическом и физиологическом улучшении повреждения благодаря проведению целого ряда мероприятий- однако улучшения в отношении отдаленного исхода ненадежны. Стало быть, в настоящее время именно это является предметом исследования проблемы ишемического повреждения мозга и адекватных реанимационных мероприятий.

После 4-часовой реперфузии, следующей за 15-минутной остановкой сердца, ионные концентрации в мозговой ткани не отличаются от нормы. Тканевое железо включается в высокомолекулярные соединения на 8-й час реперфузии. Но по истечении этих 8 ч наблюдаются значительные сдвиги в концентрациях кальция, калия и натрия. Скорее всего эти сдвиги отражают выравнивание концентраций ионов в цитозольной и интерстициальной жидкостях.

Концентрация малондиальдегида в 5 раз превышает норму- общая потеря ненасыщенных жирных кислот составляет 35 %. Электронно-микроскопическое исследование мозговой ткани in vivo при проходящей перфузии обнаруживает явную общую деградацию мембранных структур и большие "дыры" в ядерных и цитоплазматических мембранах. Ядерный хроматин плотно агглютинирован на фоне грубых нарушений ядерной архитектоники.

Митохондриальная архитектоника в полной сохранности. Эндоплазматический ретикулум выглядит набухшим и шероховатым, а нормально организованных полирибосом практически нет. Эта картина соответствует законченному повреждению ядра и прогрессирующим повреждениям мембран во время реперфузии под действием таких механизмов, как перекисное окисление липидов. Это обусловливает разрушение мембранной структуры, в результате чего мембрана становится легкопроницаемой для ионов.

Как дефероксамин, так и экзогенно вводимая супероксиддисмутаза существенно тормозят накопление малондиальдегида на 8-й час реперфузии. Однако концентрация малондиальдегида не нормализуется или не удерживается на нормальном преишемическом уровне. В этих экспериментах только дифероксамин тормозит потерю ненасыщенных жирных кислот и защищает нормальное отношение Na/K в тканях. По нашим данным, антагонист кальция — флюнаризин — не оказывает влияния на продукты перекисного окисления, ультраструктурные повреждения или падение ионного градиента.

Ишемическое повреждение мозга, как показывает все изложенное выше, — это комплекс сложных процессов. Характер восстановления АТФ и ионного баланса, а также падение ионных градиентов на поздних стадиях реперфузии указывает на сохранность целого ряда целлюлярных систем после продолжительной ишемии и реперфузии. Эффективность терапевтических вмешательств может быть подтверждена лишь в процессе дальнейших исследований.

Б. С. Уайт